縮退半導体

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縮退半導体

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/03/08 08:53 UTC 版)

縮退半導体とは、高濃度の不純物（ドーパント）が添加されたことでフェルミエネルギーが伝導帯や価電子帯の中に存在する不純物半導体のこと。

非縮退半導体とは異なり、この種の半導体は、固有キャリア濃度を温度やバンドギャップと関連付ける質量作用の法則に従わない。

中程度のドーピング濃度では、ドーパント原子は個々のドーピング準位を形成し、熱的促進（または光学遷移）によって電子または正孔を伝導帯または価電子帯にそれぞれ供与できる局所状態であると考えられることが多い。不純物濃度が十分に高い場合、個々の不純物原子は十分に近接し、そのドーピング準位は不純物バンドに統合され、このような系の挙動は、例えば温度による導電率の上昇など、半導体の典型的な特徴を示さなくなることがある。一方、縮退した半導体は、真の金属よりもはるかに少ない電荷キャリアしか持たないため、その挙動は、多くの点で半導体と金属の中間的なものとなる。

銅カルコゲン化物の多くは、価電子帯に比較的多くの正孔を持つ縮退p型半導体である。その例として、マグネシウムをドーピングしたLaCuOS1-xSex^[1]という系があり、これはワイドギャップp型縮退半導体である。正孔濃度が温度によって変化しないのは、退化型半導体の典型的な特徴である^[2]。

もう一つのよく知られた例は、インジウム・スズ酸化物である。プラズマ周波数が赤外域にあるため^[3]、かなり優れた金属導体でありながら、可視域では透明である。

非縮退半導体

E_VAC：真空準位、E_A：電子親和力、E_C：伝導帯下端のエネルギー、E_F：フェルミエネルギー、E_V：価電子帯上端のエネルギー

非縮退の近似

伝導帯の電子について、エネルギー準位Eを占有する電子数の統計的平均はフェルミ分布で表される。

${\displaystyle f(E)={\frac {1}{e^{(E-E_{F})/kT}+1}}}$

この節で示されている出典について、該当する記述が具体的にその文献の何ページあるいはどの章節にあるのか、特定が求められています。ご存知の方は加筆をお願いします。（2018年11月）

• B.L.アンダーソン、R.L.アンダーソン 著、樺沢宇紀 訳『半導体デバイスの基礎』 上巻（半導体物性）、丸善出版、2012年、93-125頁。ISBN 978-4621061473。 

脚注

1. ^ 植田和茂、細野秀雄 (2002-05-22). “Crystal structure of LaCuOS1-xSex oxychalcogenides”. Thin Solid Films 411 (1): 115-118. 
2. ^ Hidenori Hiramatsu, Kazushige Ueda, Hiromichi Ohta a, Masahiro Hirano, Toshio Kamiya, Hideo Hosono (15 December 2003). “Wide gap p-type degenerate semiconductor: Mg-doped LaCuOSe”. Thin Solid Films / Proceedings of the 3rd International Symposium on Transparent Oxide Thin films for Electronics and Optics Volume 445, Issue 2: 304-308. 
3. ^ Scott H. Brewer; Stefan Franzen (2002). “Indium Tin Oxide Plasma Frequency Dependence on Sheet Resistance and Surface Adlayers Determined by Reflectance FTIR Spectroscopy”. J. Phys. Chem. B 106 (50): 12986–12992. doi:10.1021/jp026600x.